主軸承蓋這一功能件是要達(dá)到與發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)同等壽命，設(shè)計(jì)的輸入條件當(dāng)中，軸瓦的承壓面積決定了主軸承蓋的寬度、厚度尺寸，氣缸體的總體高度、生產(chǎn)線共線通過性等等客觀條件制約著主軸承蓋的高度尺寸。只有在邊界條件限定的范圍內(nèi)，將主軸承蓋結(jié)構(gòu)做得承載能力強(qiáng)、安全因數(shù)大，這樣才能滿足設(shè)計(jì)定位的需求；同時(shí)，對(duì)于共線生產(chǎn)的主軸承蓋來說，主軸承蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也兼顧生產(chǎn)實(shí)際，盡量避免共性的加工特征損傷到主軸承蓋的敏感部位，而導(dǎo)致安全因數(shù)降低。

 本文針對(duì)新開發(fā)的一款平分式氣缸體主軸承蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行剖析，通過反復(fù)修正主軸承螺栓安裝面高度、鑄件圓角特征、加工尺寸等一系列數(shù)據(jù)，進(jìn)行CAE疲勞強(qiáng)度校核，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品共線生產(chǎn)、疲勞強(qiáng)度高于設(shè)計(jì)開發(fā)要求的目的。

    本文剖析的發(fā)動(dòng)機(jī)基本技術(shù)參數(shù)，見表1。 

表1 基本技術(shù)參數(shù)

1、計(jì)算模型

    主軸承蓋數(shù)學(xué)模型的建立，是經(jīng)過與生產(chǎn)工藝反復(fù)討論所確定的，這樣交付CAE計(jì)算的數(shù)學(xué)模型將與實(shí)際的零件狀態(tài)基本保持一致，從而確保了計(jì)算結(jié)果的可信性。

    下圖為設(shè)計(jì)繪制的主軸承蓋單元體模型，見圖1、圖2。

圖1 主軸承蓋單元體模型視圖1

圖2 主軸承蓋單元體模型視圖2

2、CAE疲勞強(qiáng)度計(jì)算邊界條件

    2-1、材料特性 （表2）

       2-2、疲勞特性 （表3）

       2-3、計(jì)算參數(shù) （表4）

3、CAE計(jì)算結(jié)果

圖3 疲勞強(qiáng)度結(jié)果

    經(jīng)過CAE計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)在主軸承螺栓安裝面與主軸承蓋過渡處，由于加工產(chǎn)生棱邊，導(dǎo)致該位置度疲勞安全因子低于安全疲勞因子1.1的設(shè)計(jì)要求，該處疲勞安全因子為0.918。

4、CAE計(jì)算結(jié)果分析

       根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，主軸承螺栓安裝面與主軸承蓋扇形區(qū)域過渡處存在應(yīng)力集中，這是導(dǎo)致該處疲勞安全因子低于設(shè)計(jì)安全值的主要因素。

5、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

       針對(duì)此缺陷的成因，制定如下二個(gè)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作。

       制定上述二套方案目的，方案1增加銑刀圓角，希望通過此加工的改進(jìn)，緩解在過渡處的應(yīng)力集中情況；方案2提高主軸承螺栓的安裝面，避免在加工過程中銑削到主軸承蓋扇形區(qū)域，進(jìn)而產(chǎn)生棱邊導(dǎo)致應(yīng)力集中。

6、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證計(jì)算

       6-1、方案1結(jié)果

圖4 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案1結(jié)果

    經(jīng)過CAE計(jì)算分析顯示，針對(duì)此位置的棱邊進(jìn)行圓角加工，并不能徹底改善此位置的應(yīng)力集中，提高其疲勞安全因子。

    6-2、方案2結(jié)果

圖5 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案2結(jié)果

    經(jīng)過CAE計(jì)算分析顯示，通過將主軸承螺栓安裝面提高，將銑刀避讓開主軸承蓋扇形區(qū)域，從根本上杜絕了過渡處棱邊的產(chǎn)生，從而提高了主軸承蓋的疲勞安全因子。

7、結(jié)論

    7-1、采用設(shè)計(jì)與CAE計(jì)算相結(jié)合的方式進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)，有效地降低了主軸承蓋的失效風(fēng)險(xiǎn)；

 7-2、主軸承蓋設(shè)計(jì)時(shí)，避免主軸承螺栓安裝面的加工銑削到主軸承蓋扇形區(qū)域，能夠避免主軸承蓋的疲勞安全因數(shù)的降低。